.6 工程科学学报，第41卷，第1期 粒燃料时，其NO.排放质量浓度达到330mg·m-3左 处位置靠近水冷壁，由于该区域远离火焰中心，温度 右4].王秦超[4]对五台装机容量不同的生物质锅 偏低，尽管在此位置的氧化比例较高，但是NO,的 炉排放情况进行了研究，结果显示，NO,排放质量浓 生成率依旧较低，最终实现了减少NO.生成与排放 度在207.9~601.3mg·m3之间，均超过排放限值， 的目的[38] 因此，应用传统燃煤锅炉改燃生物质燃料必须改进 低NO,燃烧器有低NO,预燃室燃烧器、分割火 燃烧方式或加装后处理装置 焰型燃烧器、阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进 尽管目前正在实行的《锅炉大气污染物排放标 型燃烧器、自身再循环燃烧器等几大类.脱硝效率 准》(GB13271一2014)并没有规定生物质锅炉N0, 一般在30%~60%之间. 的排放限值，但燃烧玉米秸秆成型燃料时，生物质锅 3.1.2燃料再燃 炉的N0,排放质量浓度往往在207.9~601.3mg· 燃料再燃技术始于20世纪80年代，是一种炉 m-3之间，由于GB13271一2014中的排放限值为200 内NO,控制技术.降氨原理如下：根据燃料在炉内 mg·m~3,以此标准来衡量，玉米秸秆成型燃料时排 的燃烧过程，沿炉膛高度方向将炉膛分成主燃区、再 放的N0.排放浓度超标0.04~2.01倍18).《生物 燃区和燃尽区三个区域：利用燃料分级在炉膛再燃 质能发展“十二五”规划》表明，我国生物质成型燃 区形成强还原性气氛，在该区域将主燃区内形成的 料年利用量将在2015年达到1000万吨，相应替代 NO,还原为N,和其他含氨还原性基团(HCN和 500万吨标准煤(700万吨燃煤)，可减少0.91万吨 NH):之后，由于燃烧不充分所产生的尾气排放会 的NO,排放[1).因此，开展对大气NO,的污染控制 导致环境污染，从而在燃尽区补人部分空气，形成富 已迫在眉睫 氧燃烧段，从而在此区域将剩余的可燃物(CH:、CO 等)和含氨分子氧化].再燃技术的采用可以将燃 3生物质锅炉的氮氧化物治理技术 煤锅炉NO,排放量降至使用前的35%以下. 美国、欧盟、日本等发达国家或地区在NO,控 燃料再燃技术具有以下优，点：脱硝效率高、适用 性广、锅炉改造小、运行费用低，因此该技术受到了 制工作方面上起步较早，NO,控制的相关政策也相 普遍关注.再燃燃料种类繁多，气体（甲烷、合成气 对成熟.目前来讲，国外发达国家主要采用烟气再 等)、液体（水煤浆等）和固体燃料（煤粉、生物质等） 循环、多级燃烧、低氨燃烧器组合等方式可以减少 都可以用作再燃燃料.由于生物质中N、S等元素相 30%~70%的N0,排放.尽管低氨燃烧技术是我国 对较少，生物质的广泛利用可以大量减少大气污染 目前主要的NO,治理技术，该技术的采用可以控制 物的产生与排放，与此同时，生物质燃烧后的灰分中 锅炉排放的N0,浓度在200mg·m-3以下，但是仅依 的钠、钾等组分对NO,的还原具有促进作用.综上 靠该技术已经不能满足新标准的要求. 可知，生物质燃料可以作为一种较好的再燃燃 3.1燃烧改进技术 料[38].但是，目前对生物质再燃脱硝特性的研究相 燃烧改进技术是一种通过控制燃烧条件，调节 对较少.有研究表明，将生物质作为再燃燃料将会 燃烧区的温度和进气量，进而减少NO,的生成与排 使得NO,降低效率更高.Adams与Harding[so]使用 放的技术.相比于其他的降氮技术，低NO,燃烧技 木材作为再燃燃料，将再燃技术用于旋风燃烧器排 术是一种较为简单、经济而且应用最广的方法[3]. 放的NO.控制中，当再燃燃料在靠近后壁的旋风桶 目前采用的低NO,燃烧技术主要有以下五种：低 的区域且温度接近1600℃时注入再燃燃料，炉内停 NO,燃烧器、燃料再燃技术、低过量空气燃烧技术、 留时间0.3s,可使N0排放量降低量接近60%；随 空气分级燃烧技术和烟气再循环技术[】 着过热空气高速反向注入时，NO,降低效率最高，达 3.1.1低N0,燃烧器 到45%左右.Li山等s]研究发现，使用再燃技术可 低N0,燃烧器的采用，可以实现在燃料燃烧过 以使得N0质量分数降低50%~60%，同时对于锅 程中对NO,排放进行控制，同时有利于燃料的稳定 炉的操作方面没有明显的副作用. 着火燃烧和完全燃烧. 3.1.3低过量空气燃烧 低NO,燃烧器的工作原理是把燃烧一次风分 低过量空气燃烧的原理是通过减少烟气中的过 成浓相和淡相两个部分在不同的位置进行燃烧：浓 量氧气抑制NO,的生成，所以要尽可能保证燃烧在 相所处位置距离火焰中心较近，温度较高，但是由于 接近理论空气量的条件下进行，是一种相对简单的 氧化比例较少，因而降低了NO,的生成率：淡相所 降低NO排放的方法.但是，此方法的NO,脱除效工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 粒燃料时,其 NOx 排放质量浓度达到 330 mg·m - 3左 右[48] . 王秦超[49] 对五台装机容量不同的生物质锅 炉排放情况进行了研究,结果显示,NOx 排放质量浓 度在 207郾 9 ~ 601郾 3 mg·m - 3之间,均超过排放限值, 因此,应用传统燃煤锅炉改燃生物质燃料必须改进 燃烧方式或加装后处理装置. 尽管目前正在实行的《锅炉大气污染物排放标 准》(GB13271—2014)并没有规定生物质锅炉 NOx 的排放限值,但燃烧玉米秸秆成型燃料时,生物质锅 炉的 NOx 排放质量浓度往往在 207郾 9 ~ 601郾 3 mg· m - 3之间,由于 GB13271—2014 中的排放限值为200 mg·m - 3 ,以此标准来衡量,玉米秸秆成型燃料时排 放的 NOx 排放浓度超标 0郾 04 ~ 2郾 01 倍[18] . 《生物 质能发展“十二五冶规划》表明,我国生物质成型燃 料年利用量将在 2015 年达到 1000 万吨,相应替代 500 万吨标准煤(700 万吨燃煤),可减少 0郾 91 万吨 的 NOx 排放[18] . 因此,开展对大气 NOx 的污染控制 已迫在眉睫. 3 生物质锅炉的氮氧化物治理技术 美国、欧盟、日本等发达国家或地区在 NOx 控 制工作方面上起步较早,NOx 控制的相关政策也相 对成熟. 目前来讲,国外发达国家主要采用烟气再 循环、多级燃烧、低氮燃烧器组合等方式可以减少 30% ~ 70% 的 NOx 排放. 尽管低氮燃烧技术是我国 目前主要的 NOx 治理技术,该技术的采用可以控制 锅炉排放的 NOx 浓度在 200 mg·m - 3以下,但是仅依 靠该技术已经不能满足新标准的要求. 3郾 1 燃烧改进技术 燃烧改进技术是一种通过控制燃烧条件,调节 燃烧区的温度和进气量,进而减少 NOx 的生成与排 放的技术. 相比于其他的降氮技术,低 NOx 燃烧技 术是一种较为简单、经济而且应用最广的方法[38] . 目前采用的低 NOx 燃烧技术主要有以下五种:低 NOx 燃烧器、燃料再燃技术、低过量空气燃烧技术、 空气分级燃烧技术和烟气再循环技术[38] . 3郾 1郾 1 低 NOx 燃烧器 低 NOx 燃烧器的采用,可以实现在燃料燃烧过 程中对 NOx 排放进行控制,同时有利于燃料的稳定 着火燃烧和完全燃烧. 低 NOx 燃烧器的工作原理是把燃烧一次风分 成浓相和淡相两个部分在不同的位置进行燃烧:浓 相所处位置距离火焰中心较近,温度较高,但是由于 氧化比例较少,因而降低了 NOx 的生成率;淡相所 处位置靠近水冷壁,由于该区域远离火焰中心,温度 偏低,尽管在此位置的氧化比例较高,但是 NOx 的 生成率依旧较低,最终实现了减少 NOx 生成与排放 的目的[38] . 低 NOx 燃烧器有低 NOx 预燃室燃烧器、分割火 焰型燃烧器、阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进 型燃烧器、自身再循环燃烧器等几大类. 脱硝效率 一般在 30% ~ 60% 之间. 3郾 1郾 2 燃料再燃 燃料再燃技术始于 20 世纪 80 年代,是一种炉 内 NOx 控制技术. 降氮原理如下:根据燃料在炉内 的燃烧过程,沿炉膛高度方向将炉膛分成主燃区、再 燃区和燃尽区三个区域;利用燃料分级在炉膛再燃 区形成强还原性气氛,在该区域将主燃区内形成的 NOx 还原为 N2 和其他含氮还原性基团 ( HCN 和 NH3 );之后,由于燃烧不充分所产生的尾气排放会 导致环境污染,从而在燃尽区补入部分空气,形成富 氧燃烧段,从而在此区域将剩余的可燃物(CHi、CO 等)和含氮分子氧化[49] . 再燃技术的采用可以将燃 煤锅炉 NOx 排放量降至使用前的 35% 以下. 燃料再燃技术具有以下优点:脱硝效率高、适用 性广、锅炉改造小、运行费用低,因此该技术受到了 普遍关注. 再燃燃料种类繁多,气体(甲烷、合成气 等)、液体(水煤浆等)和固体燃料(煤粉、生物质等) 都可以用作再燃燃料. 由于生物质中 N、S 等元素相 对较少,生物质的广泛利用可以大量减少大气污染 物的产生与排放,与此同时,生物质燃烧后的灰分中 的钠、钾等组分对 NOx 的还原具有促进作用. 综上 可知, 生物质燃料可以作为一种较好的再燃燃 料[38] . 但是,目前对生物质再燃脱硝特性的研究相 对较少. 有研究表明,将生物质作为再燃燃料将会 使得 NOx 降低效率更高. Adams 与 Harding [50]使用 木材作为再燃燃料,将再燃技术用于旋风燃烧器排 放的 NOx 控制中,当再燃燃料在靠近后壁的旋风桶 的区域且温度接近 1600 益时注入再燃燃料,炉内停 留时间 0郾 3 s,可使 NO 排放量降低量接近 60% ;随 着过热空气高速反向注入时,NOx 降低效率最高,达 到 45% 左右. Liu 等[51] 研究发现,使用再燃技术可 以使得 NO 质量分数降低 50% ~ 60% ,同时对于锅 炉的操作方面没有明显的副作用. 3郾 1郾 3 低过量空气燃烧 低过量空气燃烧的原理是通过减少烟气中的过 量氧气抑制 NOx 的生成,所以要尽可能保证燃烧在 接近理论空气量的条件下进行,是一种相对简单的 降低 NOx 排放的方法. 但是,此方法的 NOx 脱除效 ·6·